Einzelzell- und ortsaufgelöste Omics haben Wissenschaftlern dabei geholfen, die Zusammensetzung, Struktur und Funktion von Gewebe genauer zu untersuchen. Dieses umfassende Verständnis ebnet ihnen den Weg, einige komplizierte und bisher unbekannte Krankheitsmechanismen aufzudecken. Drei Artikel in der neuesten Sonderausgabe der Zeitschrift für Pharmazeutische Analyse (JPA) diskutieren, wie Einzelzell- und räumlich aufgelöste Omics dabei helfen, die interzelluläre Dynamik zu entschlüsseln und so die Entwicklung neuartiger Therapiemodalitäten zu unterstützen.
Die erste Studie konzentriert sich auf die Mikroglia-Astrozyten-Kommunikation, die die Therapielandschaft der intrazerebralen Blutung (ICH) verbessern könnte. Es basiert auf der Annahme, dass nach einer Rückenmarksverletzung oder einem Schlaganfall reaktive Astrozyten im Gehirn eine „Glia-Narbe“ bilden, die im Zusammenhang mit ICH weniger bekannt ist. Zu diesem Zweck verwendeten die Autoren räumliche Transkriptomik, um zu untersuchen, wie sich die Mikroglia-Depletion (induziert durch PLX3397) auf die Narbenbildung von Astrozyten im frühen und späten Stadium der ICH auswirkt.
Wie in der dokumentiert erster Artikelentdeckten die Forscher, dass während der frühen ICH der von Mikroglia abgeleitete insulinähnliche Wachstumsfaktor 1 (IGF1) die schützende Bildung von Astrozytennarben regulierte, indem er den Signalweg des mechanistischen Ziels von Rapamycin (mTOR) aktivierte, der durch die sich neu besiedelnden Mikroglia weiter aktiviert wurde.
Bei chronischer ICH hatte die Narbe jedoch weniger schützende und eher neurotoxische Wirkungen. Interessanterweise könnte dieser Effekt durch eine verzögerte Mikroglia-Depletion teilweise umgekehrt werden. Der korrespondierende Autor Jianmin Zhang sagt: „Eine verzögerte Mikroglia-Depletion kann bei chronischer ICH helfen. Eine kombinierte Behandlung mit IGF1/Osteopontin im Frühstadium und PLX3397 im Spätstadium könnte eine vielversprechende Therapiestrategie für ICH sein.“
Der zweite Studie versuchten, die Hodentoxizität von Triptolid, einem aktiven Bestandteil der traditionellen chinesischen Medizin Tripterygium wilfordii, auf Einzelzellebene zu untersuchen. Obwohl Triptolid bei der Behandlung entzündlicher Erkrankungen wirksam ist, schränken seine Nebenwirkungen, insbesondere die Hodentoxizität, seinen klinischen Einsatz ein. Die Forscher verwendeten Triptolid zur Behandlung von Mäusen, isolierten dann ihre Hoden und stellten Einzelzellsuspensionen her.
Diese wurden verwendet, um eine Transkriptomkarte zu erstellen, die zeigte, dass bei behandelten Mäusen die Entzündungsreaktion und die Signalübertragung reaktiver Sauerstoffspezies hochreguliert waren, während die Entwicklung von Keimzellen und Spermatiden herunterreguliert war, was auf eine Triptolid-induzierte Toxizität hinweist. „Unsere Ergebnisse stellen eine unschätzbare Ressource für die Identifizierung der therapeutischen Ziele der Triptolid-induzierten männlichen Reproduktionstoxizität dar“, erklärt der korrespondierende Autor Dr. Chuanbin Yang.
Der dritte Studieebenfalls in derselben Sonderausgabe veröffentlicht, befasste sich ausführlich mit der Einzelzell- und räumlichen Analyse epikardialer Zellen im Herzgewebe von Mäusen vom embryonalen Tag 9,5 bis zum postnatalen Tag 9.
Das Team stellte fest, dass die Genmarker Msln, C3, Efemp1 und Upk3b spezifisch für postnatales (reifes) epikardiales Gewebe waren und mit einer erhöhten Signalübertragung der extrazellulären Matrix (ECM) verbunden waren. Während Wt1, Tbx18 und Upk3b in allen Stadien exprimiert wurden, wurden Msln, C3 und Efemp1 nur in reifen Stadien exprimiert.
„Die Ergebnisse unserer Forschung können das aktuelle Verständnis epikardialer Zellen verbessern und zur Entwicklung wirksamerer Strategien zur regenerativen Herztherapie beitragen. Dies wiederum verbessert die Prognose von Patienten mit Myokardinfarkt und treibt Fortschritte auf dem Gebiet der Herzreparatur voran.“ “ kommentiert Autor Dr. Ling Zhang.
Zusammengenommen erhellen uns diese Artikel ein tieferes Verständnis der zellulären Mechanismen auf Einzelzell- und räumlicher Ebene und geben Anlass zur Hoffnung auf verbesserte Behandlungsstrategien in der Zukunft.
Mehr Informationen:
Jingwei Zheng et al., Zeitliche Dynamik der Mikroglia-Astrozyten-Interaktion bei der neuroprotektiven Glia-Narbenbildung nach intrazerebraler Blutung, Zeitschrift für Pharmazeutische Analyse (2023). DOI: 10.1016/j.jpha.2023.02.007
Wei Zhang et al., Eine Einzelzelllandschaft mit Triptolid-assoziierter testikulärer Toxizität bei Mäusen, Zeitschrift für Pharmazeutische Analyse (2023). DOI: 10.1016/j.jpha.2023.04.006
Jianlin Du et al, Einzelzell- und räumliche Heterogenitätslandschaften reifer Epikardzellen, Zeitschrift für Pharmazeutische Analyse (2023). DOI: 10.1016/j.jpha.2023.07.011
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